减小流体粘性对浮子流量传感器测量影响的研究

论文摘要

浮子流量传感器是一种传统的变截面流量传感器,它具有工作可靠、压力损失小和可测微小流量的特点,因此被广泛应用于化工、石油、冶金、轻工、食品等流程工业中。在影响浮子流量传感器准确测量的诸多因素中,流体粘性变化对浮子流量传感器测量的影响不能忽略,所以降低流体粘性变化对浮子流量传感器测量的影响,对于提高浮子流量传感器测量精度以及扩大其应用领域具有重要意义。本文较全面的研究了粘性流体对浮子流量传感器测量的影响,在建立粘性流体浮子流量传感器数学模型和动态浮子流量传感器仿真平台的基础上,深入探索了减小浮子流量传感器受流体粘性影响的机理,优化后的浮子流量传感器减粘特征结构获得了较好的减粘效果。本论文主要完成以下工作:分析了浮子流量传感器数学模型的研究现状,针对以往浮子流量传感器流量方程所存在的问题,修正了习用浮子流量传感器流量方程,获得了基于势能分析的浮子流量传感器流量方程。在深入研究粘性流体影响浮子流量传感器测量机理的基础上,分别建立了基于平板粘性摩擦阻力系数和基于边界层理论的粘性流体浮子流量传感器数学模型,两个粘性数学模型的计算结果与粘性物理试验结果有很好的一致性。在粘性流体浮子流量传感器数学模型的基础上,提出对浮子流量传感器减粘结构的两种优化方法。为了发现减小流体粘性对浮子流量传感器测量影响的更有效工作机理,本论文基于计算流体力学方法,应用动网格技术和UDF接口技术建立了按照浮子流量传感器工作机理进行数值计算的动态浮子流量传感器仿真试验平台。运用动态浮子流量传感器仿真试验平台对浮子流量传感器内部流场进行了数值仿真,在分析了浮子流量传感器内部流场的速度与压力分布后,发现浮子最大截面下游处存在着逆流涡旋场,大量仿真试验证明该逆流涡旋场具有较明显的减粘作用。基于该逆流涡旋场原理提出了浮子流量传感器减粘特征结构。对具有减粘特征结构的浮子流量传感器在多粘度试验装置上进行了物理实验。采用多种形状及材质浮子所分别构成的浮子流量传感器对动力粘度从1 smPa·smPa·到2692 mPa·范围的高粘性溶液进行了试验。深入分析试验所获得的不同浮子流量传感器受粘性影响的数据后,获得了粘性流体对浮子流量传感器测量影响的规律,最终验证了浮子流量传感器减粘特征结构的有效性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 浮子流量计在流程工业中应用
• 1.2 浮子流量传感器的研究现状
• 1.3 流体粘性对浮子流量传感器影响的研究现状
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 浮子流量传感器的数学模型
• 2.1 研究浮子流量传感器数学模型的意义
• 2.2 浮子流量传感器流量方程的研究
• 2.3 粘性流体浮子流量传感器数学模型的研究
• 2.4 利用粘性流体数学模型优化浮子流量传感器结构的研究
• 第三章 基于 CFD 方法的浮子流量传感器动态仿真试验平台
• 3.1 计算流体力学方法简介
• 3.2 动态仿真平台的建立
• 3.3 动态浮子流量传感器仿真试验平台的计算结果与分析
• 第四章 利用涡旋原理减小流体粘性对浮子流量传感器测量影响仿真研究
• 4.1 通过结构优化方法实现减小浮子流量传感器粘性敏感的研究
• 4.2 利用浮子流量传感器动态仿真平台对浮子流量传感器的研究
• 4.3 浮子流量传感器内部流场的涡旋场现象
• 4.4 利用涡旋减粘的仿真研究
• 4.5 小结
• 第五章 浮子流量传感器的多粘度试验研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验装置
• 5.3 试验方法
• 5.4 分析方法
• 5.5 试验结果与数据分析
• 5.6 小结
• 第六章 总结与建议
• 6.1 总结
• 6.2 建议
• 参考文献
• 发表论文与参加科研情况说明
• 致谢